芸薹属作物NHX基因家族全基因组鉴定及水杨酸调控盐胁迫下抗氧化与营养沉积的分子机制

为解决土壤盐渍化导致的作物减产问题，浙江大学研究人员通过全基因组分析鉴定了甘蓝型油菜、白菜和花椰菜中NHX(Na+/H+逆向转运蛋白)基因家族成员，揭示水杨酸(SA)通过激活NHX7/6等关键基因(4-6倍表达量提升)协同调控抗氧化酶活性(SOD/POD/CAT/APX)及营养元素吸收，为芸薹属作物抗盐育种提供新靶点。该成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

研究背景
全球约8亿公顷耕地受盐渍化威胁，中国21%耕地存在盐碱化问题。芸薹属作物虽具有一定耐盐性，但盐胁迫仍导致其产量显著下降。Na⁺/H⁺逆向转运蛋白(NHX)家族通过调节离子平衡在植物耐盐性中发挥核心作用，但芸薹属中NHX的基因组特征及水杨酸(SA)对其调控机制尚不明确。这一空白限制了通过分子育种提升作物耐盐性的进程。

研究设计与方法
浙江大学团队选取甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)和花椰菜(Brassica oleracea)为研究对象，采用多组学技术：1) 全基因组鉴定NHX家族成员并分析系统进化、基因结构及顺式调控元件；2) 通过qRT-PCR检测NHX在盐胁迫(100/200 mM NaCl)和SA处理(10/20 mg/L)下的时空表达模式；3) 测定SOD/POD/CAT/APX酶活性和相关基因表达；4) ICP-MS分析营养元素积累。

主要研究结果

1. NHX家族鉴定与分类
   鉴定到10个BnNHX、7个BraNHX和8个BoNHX基因，分为液泡定位的Vac-class(如BnNHX1-7)和内体定位的Endo-class(如BnNHX8-10)。所有成员均含Na_H_exchanger结构域和FFLLPPII保守基序，三级结构显示典型跨膜通道形态。

2. 调控元件与互作网络
   启动子分析发现大量光响应元件(如Box 4)和胁迫响应元件(如LTR)。蛋白互作预测显示NHX1/3/4/6可能与HKT1(钠转运蛋白)、CBL4(钙调蛋白)协同调控离子稳态。

3. SA-NHX调控轴
   qRT-PCR显示BnNHX7、BraNHX6和BoNHX6在200 mM NaCl+20 mg/L SA处理24小时后表达量提升4-6倍。SA处理使SOD/POD/CAT/APX活性最高提升12倍，相关基因表达上调3-5倍。

4. 营养平衡重塑
   SA逆转了NaCl导致的营养流失，使Mn、Ca、Fe等元素积累量恢复至对照水平115%以上，证实SA通过NHX调控同时改善离子平衡和营养吸收。

结论与意义
该研究首次系统解析芸薹属NHX家族特征，揭示SA通过双重机制增强耐盐性：1) 激活NHX介导的Na⁺区隔化；2) 强化抗氧化防御网络。研究为分子设计育种提供了BnNHX7/BraNHX6/BoNHX6等关键靶点，提出的"SA-NHX-抗氧化"协同调控模型为作物抗逆性提升开辟了新途径。论文通讯作者Mumtaz Ali Saand强调，该策略可扩展到其他十字花科作物，对保障盐渍化地区粮食安全具有重要应用价值。